|
Обзор Snapdragon 820 | Введение
Мобильную индустрию ждал сюрприз, когда компания Apple начала поставки iPhone 5s со специально разработанным 64-битным процессором. Переход на 64-бит был неизбежен, но никто не ожидал, что Apple сделает это так быстро. Не отстала и Qualcomm, чей 64-битный процессор был просто одной из точек на дорожной карте компании. Ввиду отсутствия собственного ядра, Qualcomm взяла штатные ядра ARM Cortex-A53 и Cortex-A57 для своего флагманского процессора , появившегося в прошлом году.
Поскольку начальные условия для работы были далеко не идеальными, получился далеко не идеальный SoC. Еще до официальной премьеры появились слухи о перегреве и проблемах с контроллером памяти. Наше собственное тестирование подтвердило информацию о перегреве, который явился результатом выпуска энергоемкого ядра A57 по технологическим нормам 20 нм на TSMC. Кроме того мы пока не видели 810-й чип, который использовал бы всю доступную пропускную способность памяти LPDDR4-1600, даже в версии v2.1.
Но даже несмотря на то, что 810-й SoC был лишь "пробным камнем", он оказался не так уж и плох. GPU Adreno 430 стал быстрее Adreno 420 в платформе , чип смог сохранить лидерство Qualcomm по производительности ALU, а более быстрый LTE-модем Category 9 X10 переехал поближе к процессору.
Тем не менее, SoC 810 вызывает лишь чувство разочарования. Чрезмерный тепловой троттлинг сдерживал производительность, заставляя ядра A57 простаивать без нагрузки. В некоторых случаях старые чипы Snapdragon 801 и 805, а также системы A53 среднего уровня, предлагали эквивалентную или более высокую производительность. Положение для флагманского продута было незавидным.
С помощью нового чипа Snapdragon 820 и первого фирменного 64-битного вычислительного процессора Kryo, компания Qualcomm надеется избавиться от этих недостатков. Однако цель Snapdragon 820 заключается не только в повышении производительности. Он предлагает инновационные подходы взаимодействия с пользователем путем применения гетерогенных вычислений, сочетающих в себе уникальные способности каждого процессора – CPU, GPU, DSP и ISP для максимизации производительности и минимизации энергопотребления. Машинное зрение, передовые технологии изображения и виртуальная реальность – вот его целевые приложения.
Zeroth
Новые способности во многом стали возможны благодаря (англ.) – API машинного обучения и зрения, за счет которой разработчики могут использовать преимущества Snapdragon 820. Qualcomm называет ее "когнитивная вычислительная платформа", в дальнейшем она должна совершенствовать возможности виртуальных помощников на смартфонах, а также любых элементов, подразумевающих похожий на человеческий интеллект. Один из способов это сделать – имитировать, как люди учатся с помощью позитивной мотивации. Мы уже можем видеть, как мобильные устройства демонстрируют зачатки интеллектуального поведения, но они, как правило, используют вычислительную мощность облачных систем. Однако Qualcomm считает, что с появлением 820-го SoC эту обработку теперь можно выполнять локально на устройстве, как следствие, повышая конфиденциальность, поскольку все уникальные пользовательские данные не будут обрабатываться на чужих серверах.
Технология Qualcomm Scene Detect (обнаружение сцены) – это приложение Zeroth для машинного зрения. Используя гетерогенные вычисления, она применяет нейронные сети для обнаружения сцены, распознавания объектов и сведения шаблоном неподвижных изображений и видео с камеры устройства. Для этой технологии есть много применений, в том числе автоматическая подпись фотографий для облегчения поиска и дополненная реальность. Видеоролик выше демонстрирует основные возможности этой системы.
будет одним из первых "революционных приложений" на базе Zeroth. Эта технология выходит за рамки традиционной антивирусной защиты на основе сигнатур. С помощью машинного обучения и анализа поведения пользователя она сможет определить "ненормальное поведение", например, заметить, что телефон ведет съемку, когда экран заблокирован или отправляет SMS сообщения без взаимодействия с пользователем. Эта функция может быть использована для идентификации вредоносных программ нулевого дня или "трансформационного вредоносного ПО", которое создается для обхода популярных антивирусных программ.
Эта функция имеет компонент низкого уровня, работающий в ядре Android, и компонент, работающий в защищенной среде исполнения Qualcomm SecureMSM, который вредоносным программам будет намного труднее обойти. Кроме того, благодаря этим двум компонентам Smart Protect может эффективно контролировать системные ресурсы, связь приложений и т.д.
Примеры гетерогенных вычислений
Кроме Zeroth Snapdragon 820 использует гетерогенные вычисления для множества других передовых функций обработки изображения. Одна из демонстраций задействует API OpenCL 1.2 и FastCV для постобработки видеопотока в режиме реального времени, разделения и размывания фона в целях повышения конфиденциальности во время видеоконференции. Объединяя вычислительные мощности CPU и GPU, Qualcomm заявляет о повышении производительности более чем в два раза по сравнению с работой одного центрального процессора, а также о снижении потребления энергии до 40%. Эта же технология используется для улучшения качества панорамных изображений, устраняя швы и артефакты двоения, вызванные движущимися объектами. В дальнейшем приложения могут включать функцию предварительного просмотра видеоэффектов во время записи или улучшать дополненную реальность.
Функция Qualcomm improveTouch, которая также присутствует в SoC , переносит обработку сигналов ввода с внешнего сенсорного контроллера на SoC. Используя DSP и ядра процессора с низким энергопотреблением, удается добиться снижения задержки сенсора и позволяет внедрять более сложные алгоритмы подавления "шумов" и ошибок ввода. Усовершенствованная обработка позволяет реализовать сложный механизм защиты от капель воды, который позволяет использовать экран, когда он мокрый, и улучшает чувствительность сенсора во время зарядки устройства, отфильтровывая электромагнитные помехи. Также есть функция пробуждения экрана по двойному касанию, потребляющая очень мало энергии.
Все эти специализированные процессоры эффективно связывает Qualcomm Symphony System Manager. Согласно Qualcomm, система Symphony предназначена для управления всей системой-на-чипе (SoC) в различных конфигурациях, в которых подбирается самая эффективная комбинация процессоров и специализированных ядер, чтобы работа выполнялась максимально быстро и с минимальным потреблением энергии. Это не простая задача, поэтому нам не терпится увидеть, как это отразиться на времени автономной работы на практике, когда первые продукты поступят в продажу.
Теперь, когда мы понимаем, как Qualcomm видит Snapdragon 820 и будущие SoC (если вы еще не догадались, они будут использовать гетерогенные вычисления), и их возможности, пришло время поближе взглянуть на само железо.
Обзор Snapdragon 820 | Архитектура
Qualcomm предпочитает не раскрывать подробностей строения своих последних процессоров. В отличие от открытой архитектуры ARM, Qualcomm в плане предоставления детальной информации ведет себя как Apple, особенно касательно GPU.
Несмотря на дефицит технических деталей, мы хотим поделиться тем что имеем относительно 64-битного процессора Kryo – самом интересном компоненте Snapdragon 820. Переход от планарного 20 нм техпроцесса HKMG к 14 нм техпроцессу Samsung FinFET должен привести к устранению проблем с нагревом, которые наблюдались в , и обеспечить 820-й модели более низкое энергопотребление и/или более высокие тактовые частоты. Согласно данным Qualcomm по сравнению с CPU A57 в , от процессора Kryo в чипе Snapdragon 820 можно ожидать двукратного прироста производительности и энергоэффективности. Это, конечно, смелое заявление, но учитывая проблемы с перегревом, которые мы наблюдали в 810-м, а также (англ.), использующего первое поколение техпроцесса Samsung LPE (Low Power Early) FinFET 14 нм, такой результат вполне возможен. Пока не ясно будет ли 820-й использовать LPE или LPP – 14 нм FinFET процесс Samsung второго поколения (Low Power Plus), который, согласно Samsung, поможет добиться повышения тактовой частоты на 10% при более низком по сравнению с LPE энергопотреблении, достигаемом за счет улучшенных характеристик пластин.
С усложнением мобильных задач развиваются и мобильные SoC. Одним из параметров, который постоянного меняется, является оптимальное количество процессорных ядер. Например, в Apple A9 используется два процессорных ядра, а в MediaTek Helio X20, установлено десять процессорных ядер в трехкластерной организации big.LITTLE. Вице-президент по маркетингу Qualcomm Тим Макдон говорит, что людям на самом деле не нужно больше четырех ядер. Хотя это заявление, скорее всего, вызовет жаркие споры, оно наверняка связано с тем, что в Qualcomm Snapdragon 820 используется четыре процессорных ядра Kryo в гетерогенной конфигурации из двух кластеров. Базовая архитектура каждого ядра процессора осталась прежней, но сами кластеры оптимизированы для работы на разных частотах и уровнях мощности, наподобие подхода ARM big.LITTLE. Два ядра Kryo в "серебряном" кластере с меньшей потребляемой мощностью работают на частоте до 1,6 ГГц и делят между собой кэш L2 объемом 512 Кбайт. Вторая пара ядер Kryo работает в высокопроизводительном "золотом" кластере с тактовой частотой до 2,2 ГГц и общим кэшем L2 объемом 1 Мбайт. Хотя два кэша второго уровня не распределены между золотым и серебряным кластером, они используют механизм отслеживания для когерентности. В отличие от Apple A9 в SoC Snapdragon 820 не используется кэш третьего уровня. По словам представителей Qualcomm в компании просчитывали возможность использования кэша L3, но в конечном итоге решили, что преимущества не оправдывают дополнительные расходы по потребляемой мощности и занимаемому пространству на кристалле. Qualcomm не разглашает подробности архитектуры Kryo, поэтому мы попытаемся сделать хоть какие-то выводы по результатам наших тестов.
Флагманские SoC Qualcomm Snapdragon 8xx
| Snapdragon 820 | Snapdragon 810 | Snapdragon 805 | Snapdragon 801 | |
| Производственный процесс | 14nm FinFET | 20nm HKMG | 28nm HPm | 28nm HPm |
| Архитектура | ARMv8-A (32/64-bit) | ARMv8-A (32/64-bit) | ARMv7-A (32-bit) | ARMv7-A (32-bit) |
| CPU | Qualcomm Kryo (2x @ 2,15 ГГц + 2x @ 1,59 ГГц) | ARM Cortex-A57 (4x @ 2,0 ГГц) + ARM Cortex-A53 (4x @ 1,5 ГГц) [big,LITTLE] | Qualcomm Krait 450 (4x @ 2,65 ГГц) | Qualcomm Krait 400 (4x @ 2,45 ГГц) |
| GPU | Qualcomm Adreno 530 @ 624 МГц | Qualcomm Adreno 430 @ 630 МГц | Qualcomm Adreno 420 @ 600 МГц | Qualcomm Adreno 330 @ 578 МГц |
| Интерфейс памяти | LPDDR4-1866 2x 32-bit (29,9 Гбайт/с) | LPDDR4-1600 2x 32-bit (25,6 Гбайт/с) | LPDDR3-800 2x 64-bit (25,6 Гбайт/с) | LPDDR3-800/933 2x 32-bit (12,8/14,9 Гбайт/с) |
| Процессор сигнала изображения с камеры | два ISP 14-bit (1,5 Гпикс/с , видеосенсоры до 2x 25 Мп) | два ISP 14-bit (1,2 Гпикс/с , видеосенсоры до 55 Мп) | два ISP 12-bit (1,2 Гпикс/с , видеосенсоры до 55 Мп) | два ISP (930 Мп/s , видеосенсоры до 21 Мп) |
| Цифровой сигнальный процессор | Hexagon 680 @ менее 1 ГГц | Hexagon V56 @ 800 МГц | Hexagon V50 @ 800 МГц | Hexagon V50 @ 800 МГц |
| Интегрированный модем | X12, LTE Cat 12/13, до 600 Мбит/с DL & 150 Мбит/с UL | X10, LTE Cat 9, до 450 Мбит/с | - | MDM9x25, LTE Cat 4, до 150 Мбит/с |
Информации по Kryo мало, а подробных сведений о строении графического процессора Adreno 530 вообще нет. Кроме названия нам известно лишь, что он будет работать при частоте 133-624 МГц. Расспрашивая Qualcomm о новом продукте, мы узнали, что компания сделала множество небольших архитектурных изменений в дизайне, то есть Adreno 530 представляет собой не полную переделку, а плавную эволюцию дизайна Adreno 430. Среди изменений было упомянуто более эффективное применение технологии сжатия данных при передаче информации с/на GPU с целью снижения потребления энергии.
Учитывая внимание Qualcomm к гетерогенным вычислениям совсем не удивительно, что CPU и GPU могут отслеживать кэш-память друг друга для более эффективного обмена данными, так как оба процессора используют 64-битные виртуальные адреса. Учитывая сильный акцент на вычислительные возможности, мы ожидаем, что Adreno 530 еще больше улучшит производительность ALU, к чему Qualcomm стремиться последние несколько поколений.
Adreno 530 имеет поддержку последних графических API, включая OpenGL ES 3.1 + Android Extension Pack, DirectX 12 и Vulkan. Для ускорения тесселяции в нем, как и в Adreno 430, используется отдельный специальный блок.
Snapdragon 820 оснащается совершенно новым вычислительным ядром Kryo, новым GPU Adreno 530, а также новым ISP () и цифровым сигнальным процессором (). Каждый компонент значительно нарастил производительность в сравнении с предыдущим поколением, кроме того они могут кооперироваться с помощью гетерогенных вычислений, чтобы завершать задачи в два раза (и более) быстрее, по сравнению с выполнением задачи на одном только центральном процессора, при этом экономия энергии может достигать 40%.
![Обзор Snapdragon 820. Отзывы в Клубе экспертов THG [ 0 отзывов]](/forum/images/icons/icon5.gif){kind=icon}